人教版高中物理选择性必修第三册第五章测评含答案

第五章测评

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是(　　)

AHeAlPH是原子核的人工转变

BHOHe是α衰变

CHHe+γ是核聚变反应

DUSrXe+n是核裂变反应

2.下列说法正确的是(　　)

A.U衰变为Pa要经过2次α衰变和1次β衰变

B.β射线与γ射线一样都是电磁波,但β射线的穿透本领远比γ射线弱

C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关

D.天然放射现象使人类首次认识到原子核可分

3.(2022山西太原一模)核电池,又称同位素电池,它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置。某核电池使用的核燃料为Pu,其半衰期为88年。已知Pu的衰变方程为PuXY,下列说法正确的是(　　)

APu核比X核多4个中子

BX的比结合能大于Pu的比结合能

C.经过88年,20个Pu原子核中一定有10个发生了衰变

DPu衰变放出的载能粒子是β粒子

4.正电子发射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,15O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像。已知15O的半衰期为2.03 min,正、负电子的质量均为m,光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是(　　)

A.辐射出γ光子的动量为2mc

B.正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2

C.15O在人体内衰变的方程是OFe

D.经过4.06 min剩余15O为原来的四分之一

5.(2022山东泰安基础教育教学研究室一模)2021年12月30日,中科院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在7 000万 ℃的高温下实现1 056 s的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He,同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp,氦核的质量为mα,正电子的质量为me,真空中光速为c,则此次核反应释放的能量为(　　)

A.(4mp-mα-me)c2 B.(4mp-mα-2me)c2

C.(4mp+mα-me)c2 D.(4mp+mα-2me)c2

6.(2022山东潍坊一模)已知Th半衰期为1.2 min,其衰变方程为ThPa+X+ΔE,X是某种粒子,ΔE为释放的核能。真空中光速为c,用质谱仪测得Th原子核质量为m。下列说法正确的是(　　)

A.Th发生的是α衰变

BPa原子核质量大于m

C.100个Th原子核经过2.4 min,一定有75个发生了衰变

D.若中子质量为mn,质子质量为mh,则Th核的比结合能为

7.一静止的原子核X发生α衰变,变成另一个新的原子核Y,衰变后测得α粒子的速率为v,已知α粒子的质量为m0,原子核Y的质量为M,下列说法正确的是(　　)

A.原子核Y的符号表示为a-m0n-2Y 

BX的比结合能一定大于Y核的比结合能

C.原子核Y的速率为 

D.原子衰变过程中释放的核能为m0v2

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

8.(2022黑龙江齐齐哈尔高二期末)地震发生之前会有一些特殊的现象出现,地光就是其中之一。某放射性元素衰变过程中释放大量带电粒子,当这些带电粒子通过岩石裂隙向大气中集中释放时就形成了地光,已知氡Rn的半衰期为3.82天,经一系列衰变放出一些射线后最后变成稳定的铅Pb。此过程中释放的射线垂直磁场方向射入匀强磁场时的偏转情况如图所示。在这一过程中下列说法正确的是(　　)

A.要经过4次α衰变和4次β衰变

B.氡原子核比铅原子核多12个中子

C.C射线是一种带负电的粒子,可以穿透几米厚的混凝土

D.升高环境温度增大压强可能使氡Rn的半衰期变为4天

9.(2022重庆西南大学附中高二阶段练习)在医学上,常用钴60产生的γ射线对患有恶性肿瘤的病人进行治疗。钴60的衰变方程为CoNi+X,下列说法正确的是(　　)

A.钴60发生的是β衰变,X是电子

B.γ射线比β射线的穿透能力强

C.X粒子是钴60原子核的组成部分

D.该衰变过程释放的核能全部转化为γ射线的能量

10.2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)

A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量

B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg

C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度

D.反应堆中存在nBaKr+n的核反应

三、非选择题(本题共5小题,共54分)

11.(6分)如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置,假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3 mm厚的铝板,那么是三种射线中的　　　射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调　　　(选填“大”或“小”)一些。 

12.(8分)约里奥-居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是　　　 P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1 mg P随时间衰变的关系如图所示,请估算4 mg的P经　　　　天的衰变后还剩0.25 mg。 

13.(10分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”,它可用来判定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。

(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成很不稳定的C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5 730年。试写出此核反应方程;

(2)若测得一古生物遗骸中的C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代约有多少年?

14.(14分)用速度大小为v的中子n)轰击静止的锂核Li) ,发生核反应后生成氚核和α粒子。已知氚核速度方向与中子的初速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,质子与中子的质量近似相等且均为m,光速为c。

(1)写出核反应方程;

(2)求氚核与α粒子的速度大小;

(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为氚核和α粒子的动能,求该过程中的质量亏损。

15.(16分)(2022河南郑州高二期末)如图所示,在垂直纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场中,一个静止于P点的放射性元素氢的原子核Rn发生了一次α衰变,变为钋(Po)。放射出的α粒子He)和生成的新核钋(Po)均在与磁场方向垂直的平面内做圆周运动。已知α粒子的质量为m,电荷量为q,轨道半径为R,新核钋(Po)的质量为M,光速为c。

 (1)写出Rn发生α衰变的核反应方程。

(2)定性画出并标明新核钋(Po)和α粒子的运动轨迹。

(3)α粒子的圆周运动可等效成一个环形电流,求α粒子做圆周运动的周期T和环形电流大小I。

(4)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核钋(Po)的动能,求衰变过程的质量亏损Δm。

第五章测评

1.C　A选项方程书写错误,电荷数两边不相等,故A错误;B选项方程是人工转变方程,故B错误;C选项方程是核聚变反应,故C正确;D选项方程书写错误,反应物中应该有中子,故D错误。

2.DU衰变为Pa要经过1次α衰变和1次β衰变,A错误;β射线是高速电子流,B错误;半衰期与原子所处的物理、化学状态无关,C错误;天然放射现象说明原子核可分,D正确。

3.B　根据质量数守恒和电荷数守恒可知PuY,因此Pu核比X核多2个中子,故A错误;比结合能越大越稳定,因此X的比结合能大于Pu的比结合能,故B正确;半衰期是统计规律,只适用于大量原子核,少量原子核不适用,故C错误Pu衰变放出的载能粒子是α粒子,故D错误。

4.D　据题意可知,正负电子的能量转化为一对光子的能量,即2mc2=2hν,一个光子的能量E=hν=h=mc2,单个光子的动量p==mc,故A错误;根据质能方程可得Δm==2m,故B错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可得15O人体内衰变的方程是 N,故C错误;4.06 min为两个半衰期,剩余15O为原来的四分之一,故D正确。

5.B　核聚变方程为HHe+e,根据质能方程,可知核反应释放的能量ΔE=(4mp-mα-2me)c2,故选B。

6.D　根据质量数守恒电荷数守恒可知,X是e ,发生的是β 衰变,故A错误;因为衰变过程有质量亏损,所以Pa原子核质量小于m,故B错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,统计少量个数原子核是没有意义的,故C错误;若中子质量为mn,质子质量为mh,则Th核的比结合能为,N为核子数,故D正确。

7.C　质量数和质量不能混淆,原子核Y的符号应表示为Y,故A错误;因该核反应放出核能,则X的比结合能小于Y核的比结合能,故B错误;根据动量守恒定律可得m0v=Mv'得v'=,故C正确;因原子核Y也有动能,则原子衰变过程中释放的核能肯定大于m0v2,故D错误。

8.AB　设要经过x次α衰变和y次β衰变,则RnHe+Pb,有222=4x+206,86=2x-y+82,联立解得x=4,y=4,所以要经过4次α衰变和4次β衰变,A正确;氡原子核有136个中子,铅原子核有124个中子,所以氡原子核比铅原子核多12个中子,B正确;根据C射线运动轨迹和左手定则,可以判断C射线带负电,为β射线,穿透能力较强,能穿透几毫米厚的铝板,不能穿透几米厚的混凝土,C错误;元素的半衰期只与元素本身有关,与元素所处的环境无关,D错误。

9.AB　由核反应的质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为0,电荷数为-1,则钴60发生的是β衰变,X是电子,选项A正确;γ射线比β射线的穿透能力强,选项B正确;X粒子是电子,不是钴60原子核的组成部分,选项C错误; 该衰变过程释放的核能一部分转化为新核的动能,一部分转化为γ射线的能量,选项D错误。

10.CD　秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,故A错误;原子核亏损的质量全部转化为电能时,Δm= kg=27.6 kg,核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率,则原子核亏损的质量大于27.6 kg,故B错误;核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性,通过中子的数量控制链式反应的速度,故C正确;反应堆利用铀235的裂变,生成多个中核和中子,且产物有随机的两分裂、三分裂,即存在nBaKr+n的核反应,故D正确。

11.答案 β　大

解析 α射线不能穿过3 mm厚的铝板,γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板,基本不受铝板厚度的影响,而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板,因此厚度的微小变化会使穿过铝板β射线的强度发生较明显变化,所以是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值,说明铝板薄了,应将两个轧辊间的距离调节得大些。

12.答案 正电子　56

解析 衰变方程为PSie,即这种粒子是正电子。由图像可以看出P的半衰期为14天,则4mg×=0.25mg,得t=56天。

13.答案 (1nCCNe　(2)17 190年

解析 (1)核反应方程为nCCN+e。

(2)活体中的C含量不变,生物死亡后,遗骸中的C按衰变规律变化,设活体中C的含量为N原,遗骸中的C含量为N余,由半衰期的定义得:N余=N原,即0.125=,

所以=3,τ=5 730年,则t=17 190年。

14.答案 (1LinHHe　(2)v　v

(3)

解析 (1)根据质量数与电荷数守恒,可得核反应方程为LiHHe。

(2)由动量守恒定律得mnv=-mHv1+mHev2,

由题意得v1∶v2=7∶8,解得v1=v,v2=v。

(3)氚核和α粒子的动能之和为Ek=×3m×4mmv2,

释放的核能为ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2,

由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为Δm=。

15.答案 (1RnHePo　(2)见解析　(3)

　(4)

解析 (1Rn发生a衰变的核反应方程为RnHePo。

(2)新核钋(Po)和α粒子的运动轨迹如图所示。

(3)根据牛顿第二定律Bqv=m

解得r=

a粒子做圆周运动的周期T=

环形电流大小I=。

(4)由qvB=m

得v=

设衰变后新核钋的速度大小为v',系统动量守恒Mv'-mv=0

v'=

由ΔE=Δmc2

ΔE=Mv'2+mv2

得Δm=。